一種基于室內實驗環(huán)境的土體位移監(jiān)測采集設備及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于室內實驗環(huán)境的土體位移監(jiān)測采集設備及方法，該設備包括模型試驗箱(1)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)和數(shù)據(jù)轉換系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括具有拍照或攝像功能設備(4)和照明裝置(5)，模型試驗箱(1)的正面設有有機玻璃板(2)，在有機玻璃板(2)設有網(wǎng)格(10)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)下方設有支座(6)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過導線(7)與數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)連接，數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)由采集裝置(8)和電腦(9)組成，采集裝置(8)與電腦(9)通過導線(7)連接。本發(fā)明具有改善實驗監(jiān)測環(huán)境，降低監(jiān)測難度的特點，適合推廣應用。
【專利說明】一種基于室內實驗環(huán)境的土體位移監(jiān)測采集設備及方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于巖土工程室內實驗設備【技術領域】，涉及一種基于室內實驗環(huán)境的土體 位移監(jiān)測采集設備及方法。
【背景技術】
[0002] 土工室內模型實驗，是巖土工程課題廣泛采用的研究方法。土體位移沉降觀測是 土工實驗的主要測試參數(shù)，其結果是分析土體應力分布及地下結構物力學性能的主要影響 因素。現(xiàn)有的土體位移測試儀器是針對工程現(xiàn)場實驗的數(shù)據(jù)測量，儀器量程較大，利用其在 室內實驗環(huán)境下直接讀取實驗數(shù)據(jù)，導致室內實驗數(shù)據(jù)測試精度低。室內模型實驗測試數(shù) 據(jù)較小，忽視測試精度因素，儀器誤差導致實驗測試數(shù)據(jù)與實際偏差過大甚至數(shù)據(jù)錯誤。
【發(fā)明內容】
[0003] 本發(fā)明的目的在于克服上述技術存在的缺陷，提供一種基于室內實驗環(huán)境的土體 位移監(jiān)測采集設備及方法，將利用采集系統(tǒng)將實驗中土體位移沉降的監(jiān)測圖形存儲到數(shù)據(jù) 接收系統(tǒng)中，通過編制數(shù)據(jù)轉換程序，將土體沉降圖形上沉降點的像素坐標提取，得到便于 實驗后期處理的數(shù)據(jù)文本，將實驗觀測圖像轉換成數(shù)據(jù)文件輸出，該套采集設備填補現(xiàn)有 室內土工實驗測試儀器空白，降低實驗監(jiān)測難度，提高實驗數(shù)據(jù)測試精度和處理效率。其具 體技術方案為：
[0004] 一種基于室內實驗環(huán)境的土體位移監(jiān)測采集設備，包括模型試驗箱1、數(shù)據(jù)采集系 統(tǒng)，數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)和數(shù)據(jù)轉換系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括具有拍照或攝像功能設備4和 照明裝置5,模型試驗箱1的正面設有有機玻璃板2,在有機玻璃板2設有網(wǎng)格10,通過可視 的有機玻璃板2實現(xiàn)對模型試驗箱1中位移觀測點3進行數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)下方設 有支座6,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過導線7與數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)連接，數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)由采集裝置8和電 腦9組成，采集裝置8與電腦9通過導線7連接。數(shù)學軟件編制數(shù)據(jù)轉換程序組成數(shù)據(jù)轉 換系統(tǒng)，可獲得在數(shù)據(jù)轉換程序內的標尺11中的位移觀測點3與有機玻璃板上網(wǎng)格線10 的垂直距離，進而生成實驗監(jiān)測數(shù)據(jù)文件。
[0005] 優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的支座的固定方式為支撐，吸附或懸掛。
[0006] 優(yōu)選地，所述具有拍照或攝像功能設備可以是電腦攝像頭，相機，硬盤錄像機，或 其他能捕捉到影像的數(shù)碼設備。
[0007] 優(yōu)選地，所述照明裝置為有拍照或攝像功能設備自帶的閃光燈，或外置光源，LED 燈等。
[0008] 優(yōu)選地，所述的采集裝置可以是多插口 USB或USB HUB等。
[0009] 一種基于室內實驗環(huán)境的土體位移監(jiān)測采集方法，包括以下步驟：
[0010] 步驟1 : 土體位移監(jiān)測采集設備的安裝調試。在室內試驗完成模型試驗箱和有機 玻璃板安裝，并在土體埋設位移觀測點后，安裝調試土體位移監(jiān)測采集設備，包括數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)的固定，與數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)的連接，數(shù)據(jù)轉換系統(tǒng)的調試；
[0011] 步驟2 :位移觀測點初始位移的采集。依據(jù)實驗目的，在模型試驗箱內填土達到指 定高度并達到壓實度標準后，埋設位移觀測點，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集此時各觀測點的初 始位移圖像，并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)接收系統(tǒng)，啟動數(shù)據(jù)轉換程序，程序顯示位移觀測點與有機玻璃 板上網(wǎng)格線的相對位置圖像，鼠標點取圖像上的網(wǎng)格線和位移觀測點，兩處的像素坐標差 即為位移觀測點距離網(wǎng)格線的初始位移數(shù)據(jù)文件File (0);
[0012] 步驟3 :隨實驗填土高度增加的位移觀測點的位移采集。跟進實驗進程，模型試 驗箱內填土達到指定高度a(a代表填土高度，單位：m)并達到壓實度標準后，通過數(shù)據(jù)采 集系統(tǒng)采集此時各觀測點的位移圖像，并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)接收系統(tǒng)，啟動數(shù)據(jù)轉換程序，程序顯 示該填土高度條件下位移觀測點與有機玻璃板上網(wǎng)格線的相對位置圖像，鼠標點取圖像上 的網(wǎng)格線和位移觀測點，兩處的像素坐標差即為位移觀測點距離網(wǎng)格線的位移數(shù)據(jù)文件 File(a)，將各觀測點的數(shù)據(jù)文件File(a)與File(O)中數(shù)據(jù)對應相減，得到該填土高度條 件下位移觀測點的位移數(shù)據(jù)；
[0013] 步驟4 :重復步驟3的過程，直至試驗終止，生成位移觀測點的數(shù)據(jù)文件。
[0014] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果為：
[0015] (1)改善現(xiàn)有室內實驗環(huán)境條件下，土體位移測試儀器缺少的現(xiàn)狀。（2)替代采用 工程現(xiàn)場實驗的數(shù)據(jù)監(jiān)測儀器，提高土體等散體材料室內位移實驗的監(jiān)測數(shù)據(jù)精度。（3)改 善實驗監(jiān)測環(huán)境，降低監(jiān)測難度。將本套監(jiān)測采集設備固定調試后，實驗人員只需在電腦前 面操作即可完成監(jiān)測圖像到數(shù)據(jù)的轉換過程，獲取實驗結果，而無需到實驗場地現(xiàn)場量取 沉降位移數(shù)值。（4)提高數(shù)據(jù)處理的效率。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將圖像傳輸?shù)綌?shù)據(jù)接收系統(tǒng)后，啟 動數(shù)據(jù)轉換系統(tǒng)，每個位移觀測點的位移值只需鼠標在電腦屏幕上點取兩點，即可得出位 移數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理的時間大大縮短。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016] 圖1是本發(fā)明實施例中基于室內實驗環(huán)境的土體位移監(jiān)測采集設備的結構示意 圖；
[0017] 圖2是圖1的A-A剖面示意圖；
[0018] 圖3是圖1的數(shù)據(jù)轉換程序界面示意圖；
[0019] 圖4是本發(fā)明基于室內實驗環(huán)境的土體位移監(jiān)測采集方法的流程示意圖。
[0020] 圖中所示：1_模型試驗箱、2-有機玻璃板、3-位移觀測點、4-拍照或攝像功能設 備、5-照明裝置、6-支座、7-導線、8-采集裝置、9-電腦、10-網(wǎng)格、11-數(shù)據(jù)轉換程序內的標 尺。
【具體實施方式】
[0021] 下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明的技術方案作進一步詳細地說明。
[0022] -種基于室內環(huán)境的土體位移監(jiān)測采集設備，室內巖土實驗中土體沉降位移通過 具有拍照或攝像功能設備和照明裝置組成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集成圖像，各位移觀測點的沉 降位移圖像存儲到數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)電腦內，基于數(shù)學軟件編制電腦程序構成數(shù)據(jù)轉換系統(tǒng)核 心，鼠標拾取程序顯示的位移圖像中觀測點與有機玻璃板上網(wǎng)格線的像素坐標進而計算出 沉降位移數(shù)據(jù)。
[0023] 為進一步實現(xiàn)本發(fā)明的目的，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的固定方式可以是支撐，吸附或 懸掛三種方式。所述具有拍照或攝像功能設備可以是電腦攝像頭，相機，硬盤錄像機，或其 他能捕捉到影像的數(shù)碼設備等。所述照明裝置可以是有拍照或攝像功能設備自帶的閃光 燈，或外置光源，LED燈等。所述的采集裝置可以是多插口 USB或USB HUB等。
[0024] 如圖1所示，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包含具有拍照或攝像功能設備4和照明裝置5,該系統(tǒng) 將室內實驗環(huán)境土體位移觀測點3的初始位移和隨填土高度增加后觀測點的位移變化采 集成圖像文件，通過采集裝置9傳輸?shù)綌?shù)據(jù)接收系統(tǒng)終端電腦10中，數(shù)學軟件編制電腦程 序構成數(shù)據(jù)轉換系統(tǒng)核心，鼠標拾取程序顯示的位移圖像中觀測點與有機玻璃板上網(wǎng)格線 的像素坐標進而計算出沉降位移數(shù)據(jù)。
[0025] 室內實驗環(huán)境土體位移監(jiān)測在模型試驗箱1內完成，模型試驗箱側面剛性約束， 在箱體正面裝配有機玻璃板2觀察實驗現(xiàn)象和獲取實驗數(shù)據(jù)圖像。有機玻璃板上繪制網(wǎng)格 10,作為各位移觀測點的局部參考坐標系。
[0026] 土體位移監(jiān)測采集設備的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用三種方式固定，即支撐在地面，懸掛 固定軌道或吸附到模型試驗箱正面有機玻璃板上。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接到采集裝置并最終連 接到數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)終端電腦。
[0027] 依據(jù)實驗目的，在土層指定位置埋設位移觀測點，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集觀測點 的初始位移圖像（.jpg，. bmp等格式），傳輸?shù)綌?shù)據(jù)接收系統(tǒng)，啟動數(shù)據(jù)轉換系統(tǒng)，利用數(shù)學 軟件MATLAB編程，鼠標拾取數(shù)據(jù)轉換程序內標尺11中的觀測點與有機玻璃板上網(wǎng)格線的 像素坐標，兩處像素坐標差生成各觀測點的初始位移數(shù)據(jù)文件（.txt，.xl S等格式）。跟隨 實驗進程，模型試驗箱內填土達到一定高度，再次采集各觀測點的位移圖像，傳輸?shù)綌?shù)據(jù)接 收系統(tǒng)，啟動數(shù)據(jù)轉換系統(tǒng)，獲取各觀測點的位移數(shù)據(jù)文件，與初始位移數(shù)據(jù)文件對應數(shù)值 相減，得到各觀測點在此填土高度條件下的位移數(shù)據(jù)。重復此過程直至實驗終止。
[0028] 以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，本發(fā)明的保護范圍不限于此，任何熟 悉本【技術領域】的技術人員在本發(fā)明披露的技術范圍內，可顯而易見地得到的技術方案的簡 單變化或等效替換均落入本發(fā)明的保護范圍內。
【權利要求】
1. 一種基于室內實驗環(huán)境的土體位移監(jiān)測采集設備，包括模型試驗箱（1)、數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)，數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)和數(shù)據(jù)轉換系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括具有拍照或攝像功能設備（4) 和照明裝置（5)，模型試驗箱（1)的正面設有有機玻璃板（2)，在有機玻璃板（2)設有網(wǎng)格 (10)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)下方設有支座（6)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過導線（7)與數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)連接， 數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)由采集裝置（8)和電腦（9)組成，采集裝置（8)與電腦（9)通過導線（7)連 接。
2. 根據(jù)權利要求1所述的基于室內實驗環(huán)境的土體位移監(jiān)測采集設備，其特征在于， 所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的支座的固定方式為支撐，吸附或懸掛。
3. 根據(jù)權利要求1所述的基于室內實驗環(huán)境的土體位移監(jiān)測采集設備，其特征在于， 所述具有拍照或攝像功能設備為電腦攝像頭，相機，硬盤錄像機，或其他能捕捉到影像的數(shù) 碼設備。
4. 根據(jù)權利要求1所述的基于室內實驗環(huán)境的土體位移監(jiān)測采集設備，其特征在于， 所述照明裝置為有拍照或攝像功能設備自帶的閃光燈，或外置光源，LED燈。
5. 根據(jù)權利要求1所述的基于室內實驗環(huán)境的土體位移監(jiān)測采集設備，其特征在于， 所述的采集裝置為多插口 USB或USB HUB。
6. -種基于室內實驗環(huán)境的土體位移監(jiān)測采集方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1 : 土體位移監(jiān)測采集設備的安裝調試；在室內試驗完成模型試驗箱和有機玻璃 板安裝，并在土體埋設位移觀測點后，安裝調試土體位移監(jiān)測采集設備，包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 的固定，與數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)的連接，數(shù)據(jù)轉換系統(tǒng)的調試； 步驟2 :位移觀測點初始位移的采集；依據(jù)實驗目的，在模型試驗箱內填土達到指定高 度并達到壓實度標準后，埋設位移觀測點，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集此時各觀測點的初始位 移圖像，并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)接收系統(tǒng)，啟動數(shù)據(jù)轉換程序，程序顯示位移觀測點與有機玻璃板上 網(wǎng)格線的相對位置圖像，鼠標點取圖像上的網(wǎng)格線和位移觀測點，兩處的像素坐標差即為 位移觀測點距離網(wǎng)格線的初始位移數(shù)據(jù)文件File (0); 步驟3 :隨實驗填土高度增加的位移觀測點的位移采集；跟進實驗進程，模型試驗箱內 填土達到指定高度a，a代表填土高度，單位：m，并達到壓實度標準后，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采 集此時各觀測點的位移圖像，并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)接收系統(tǒng)，啟動數(shù)據(jù)轉換程序，程序顯示該填土 高度條件下位移觀測點與有機玻璃板上網(wǎng)格線的相對位置圖像，鼠標點取圖像上的網(wǎng)格線 和位移觀測點，兩處的像素坐標差即為位移觀測點距離網(wǎng)格線的位移數(shù)據(jù)文件File (a)，將 各觀測點的數(shù)據(jù)文件File(a)與File(O)中數(shù)據(jù)對應相減，得到該填土高度條件下位移觀 測點的位移數(shù)據(jù)； 步驟4 :重復步驟3的過程，直至試驗終止，生成位移觀測點的數(shù)據(jù)文件。
【文檔編號】G01B11/02GK104154865SQ201410418104
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年8月19日 優(yōu)先權日:2014年8月19日
【發(fā)明者】范鶴, 寧寶寬, 范澤 申請人:沈陽工業(yè)大學